TCA9555 и PCA9555 — расширители портов I²C на 16 выводов от TI

Q: Чем TCA9555 отличается от PCA9555?

Выводы, адреса и регистры у них одинаковые, программа для одного работает с другим. TCA9555 питается от 1,65 до 5,5 В, PCA9555 — от 2,3 до 5,5 В. В работе на 400 кГц при 5,5 В TCA9555 потребляет 22 мкА тип. (до 40 мкА), PCA9555 — 100 мкА тип. (до 200 мкА). У TCA9555 допустимый ток нуля на выводе порта снижается с нагревом кристалла: 25 мА до +65 °C, 18 мА до +85 °C, 11 мА до +100 °C. В даташите PCA9555 описана ошибка выхода INT, в даташите TCA9555 такого раздела нет.

Q: Какой адрес у TCA9555 и PCA9555?

Семибитный адрес — 0100 A2 A1 A0, от 0x20 при всех выводах адреса на земле до 0x27 при всех на питании. Выводы A0–A2 подключают прямо к VCC или GND, оставлять их свободными нельзя. Этот же диапазон адресов занимают PCF8574, PCF8575 и MCP23017, поэтому на одной шине их вместе может быть не больше восьми.

Q: Нужны ли внешние подтягивающие резисторы на входах?

Нет: у TCA9555 и PCA9555 каждый вывод порта подтянут к VCC внутренним резистором 100 кОм, поэтому кнопку можно включать между выводом и землёй. Подтяжку нельзя отключить, и у неё есть цена: вход, прижатый к земле, потребляет около 50 мкА при 5 В. Если подтяжка мешает, у TI есть TCA9535 и PCA9535 — те же микросхемы без неё.

Q: Можно ли подавать 5 В на выводы TCA9555, питая его от 3,3 В?

На выводы порта и адреса — да: в рабочих условиях их единица допускается до 5,5 В при любом VCC. Наш расчёт: при этом через внутреннюю подтяжку 100 кОм из источника 5 В в цепь VCC = 3,3 В течёт около (5 − 3,3) / 100 000 ≈ 17 мкА на каждый такой вход. Для SDA и SCL верхняя граница единицы — VCC, а более высокое напряжение, по примечанию к таблице рабочих условий, увеличивает ток потребления; поэтому подтягивающие резисторы шины подключают к тому же питанию, что и VCC расширителя.

TCA9555 и PCA9555 — расширители портов на 16 выводов для шины I²C с регистрами направления, полярности и выхода прерывания INT. Это одна и та же архитектура: PCA9555 работает от 2,3 до 5,5 В, более новый TCA9555 — от 1,65 В и потребляет в работе в несколько раз меньше. Разбираем по даташитам Texas Instruments выводы, адреса, восемь регистров, внутренние подтяжки, токи портов, ошибку прерывания PCA9555 и отличия от MCP23017 и PCF8575.

Обновлено 1 ноября 2026 г.Редакция GAW

Содержание

Выводы
Адрес и регистры
Подтяжки, выходы и прерывание
Параметры
Светодиоды на выводах
Ошибка прерывания PCA9555
TCA9555, PCA9555, MCP23017 и PCF8575
Расхождения в документации

TCA9555 и PCA9555 (Texas Instruments) — расширители портов для шины I²C и SMBus: две группы по восемь выводов P00–P07 и P10–P17, у каждого вывода свой бит направления, выходной триггер и бит инверсии входа. По регистрам они повторяют давний стандарт PCA9555, по адресу совместимы с PCF8574 и PCF8575, а по набору функций ближе всего к MCP23017 — сравнение в конце карточки. Как работает сама шина и как выбрать подтягивающие резисторы, рассказывают статья об I²C и калькулятор подтяжек.

Коротко

Питание — TCA9555: 1,65–5,5 В; PCA9555: 2,3–5,5 В; выводы порта допускают до 5,5 В при любом питании.
Шина — I²C и SMBus до 400 кГц, адрес 0x20–0x27 выводами A0–A2, до восьми микросхем на шине.
Порты — 16 выводов с двухтактным выходом, подтяжкой 100 кОм к VCC и регистрами направления и инверсии; после включения — входы.
Ток вывода — в нуле до 25 мА, в единице до 10 мА; по нашему прочтению примечаний — не больше 100 мА на группу и 200 мА на корпус в нуле и 160 мА суммарно в единице.
Потребление — в покое 2,5 мкА тип. (до 3,5 мкА) при входах в единице; в работе 22 мкА у TCA9555 и 100 мкА у PCA9555 (5,5 В).
Корпуса — TCA9555: TSSOP-24, SSOP-24, WQFN-24 и VQFN-24 4 × 4 мм; PCA9555 ещё SOIC-24 и TVSOP-24.

Выводы

TCA9555 и PCA9555 в корпусах TSSOP-24, SSOP-24, SOIC-24 и TVSOP-24, вид сверху; в QFN номера выводов другие — см. таблицу

Вывод	TSSOP, SSOP, SOIC, TVSOP	WQFN, VQFN (RTW, RGE)	Назначение
INT	1	22	выход прерывания, открытый сток; подтянуть к VCC (обычно 10 кОм)
A1, A2	2, 3	23, 24	выводы адреса; прямо к VCC или GND
P00–P07	4–11	1–8	порт 0
GND	12	9	общий провод
P10–P17	13–20	10–17	порт 1
A0	21	18	вывод адреса
SCL	22	19	тактовая линия I²C, подтяжка к VCC
SDA	23	20	линия данных I²C, подтяжка к VCC
VCC	24	21	питание
площадка (QFN)	—	—	соединить с землёй или оставить свободной

Расстановка выводов у всех корпусов с двумя рядами одна и та же и совпадает с PCF8575, поэтому платы под один из них подходят и для другого. TCA9555 выпускается в TSSOP-24 (PW), SSOP-24 (DB), WQFN-24 4 × 4 мм (RTW) и VQFN-24 4 × 4 мм (RGE); PCA9555 — в DB, PW, RGE, а также TVSOP-24 (DGV) и SOIC-24 (DW); вариант DBQ ещё упомянут на первой странице, но в таблице заказа PCA9555DBQR помечен как снятый с производства. Центральную площадку QFN TI разрешает подключить к земле как второй вывод GND или не подключать вовсе.

Адрес и регистры

Адресный байт — 0100 A2 A1 A0 и бит R/W: от 0x20 (A2 = A1 = A0 = 0) до 0x27 (все единицы). Выводы адреса нельзя оставлять свободными и нельзя переключать при включённом питании, иначе адрес может смениться прямо во время обмена (разд. 9.3.2). После адреса контроллер передаёт командный байт — номер регистра, — а затем данные.

Команда	Регистр	Доступ	После включения
0x00	Input Port 0	чтение	уровни выводов
0x01	Input Port 1	чтение	уровни выводов
0x02	Output Port 0	чтение и запись	1111 1111
0x03	Output Port 1	чтение и запись	1111 1111
0x04	Polarity Inversion 0	чтение и запись	0000 0000
0x05	Polarity Inversion 1	чтение и запись	0000 0000
0x06	Configuration 0	чтение и запись	1111 1111
0x07	Configuration 1	чтение и запись	1111 1111

Единица в регистре Configuration делает вывод входом, ноль — выходом; после включения все 16 выводов — входы. Регистр Output задаёт уровень выходов, но при чтении возвращает содержимое триггера, а не фактический уровень на выводе; настоящий уровень любого вывода, даже выхода, читается из Input Port. Polarity Inversion инвертирует бит входа при чтении. Регистры работают парами: после байта одного регистра пары следующий байт относится ко второму (за Output Port 0 идёт Output Port 1), так что 16 выводов записываются или читаются одной транзакцией из двух байтов. Командный байт запоминается: чтения без нового командного байта продолжают обращаться к тому же регистру. Наш вывод: типовая настройка — запись в 0x06 и 0x07 масок направления, затем запись выходов в 0x02 и 0x03; разобрать такие транзакции побайтно помогает конструктор транзакции I²C.

Подтяжки, выходы и прерывание

Каждый вывод порта — двухтактный выход, который отключается, когда вывод работает входом. Внутри к VCC подключён резистор 100 кОм (рис. 23 SCPS200E): свободный вход читается как единица, кнопка между выводом и землёй работает без внешних резисторов. Отключить подтяжку нельзя. Наш расчёт: вход, замкнутый на землю при VCC = 5,5 В, потребляет 5,5 / 100 000 ≈ 55 мкА; шестнадцать таких входов — около 0,88 мА, это близко к табличному току покоя при входах в нуле — 1,1 мА тип. и до 1,5 мА. При входах в единице ток покоя — 2,5 мкА тип. и до 3,5 мкА (5,5 В).

Выход INT — открытый сток, активный ноль: он опускается, когда на любом входе меняется уровень, и через tiv до 4 мкс сигнал действителен. Сбрасывается INT, когда вход возвращается в прежнее состояние или когда контроллер читает порт, вызвавший прерывание. Выводы-выходы прерывания не вызывают, а перевод вывода из выхода во вход может дать ложное прерывание, если его уровень не совпадает с содержимым Input Port. Порты читаются независимо: чтение порта 1 не сбрасывает прерывание порта 0, и наоборот (разд. 9.3.3).

После подачи питания схема сброса держит микросхему в исходном состоянии, пока VCC не превысит VPORR (1,2 В тип., до 1,5 В). Повторный сброс происходит, только если питание опустится ниже VPORF (0,75 В тип., до 1 В) и снова поднимется; по табл. 9 SCPS200E питание должно нарастать и спадать за 0,1–2000 мс. Там же два отдельных предела провалов: до VCC_GH = 1,2 В питание может опуститься без сбоя на время не больше VCC_GW = 10 мкс, а до VCC_MV = 1,5 В — без сброса, причём для этого уровня длительность не оговорена (нужно лишь не нарушить VCC_GH). Отдельного вывода RESET у этих микросхем нет — его нужно делать выключением питания.

Параметры

Условия — −40…+85 °C, если не указано иное (табл. 7.3–7.7 SCPS200E и 6.3–6.7 SCPS131J).

Параметр	TCA9555	PCA9555	Условия
Питание VCC	1,65–5,5 В	2,3–5,5 В	предел 6 В
Единица на входе	от 0,7 · VCC	от 0,7 · VCC	до 5,5 В на выводах порта и адреса, до VCC на SCL и SDA
Ноль на входе	до 0,3 · VCC	до 0,3 · VCC	от −0,5 В
Ток нуля на выводе порта	25 / 18 / 11 мА	25 мА	у TCA9555 — при TJ до +65 / +85 / +100 °C
Нуль на выводе: гарантированный ток	от 8 мА при 0,5 В, от 10 мА при 0,7 В	от 8 мА (20 тип.) при 0,5 В, от 10 мА (24 тип.) при 0,7 В	1,65 или 2,3–5,5 В
Единица на выводе (VCC = 3 В)	от 2,6 В при −8 мА, от 2,5 В при −10 мА	то же	при 4,75 В — от 4,1 и 4 В
Ток единицы на выводе	до 10 мА	до 10 мА	рабочие условия
Ток нуля SDA и INT	от 3 мА при 0,4 В	от 3 мА при 0,4 В	у TCA9555 рабочий предел — 6 мА до +85 °C
Утечка входа порта в нуле	до −100 мкА	до −100 мкА	ток подтяжки, VI = GND
Потребление в работе	22 мкА тип., до 40 мкА	100 мкА тип., до 200 мкА	5,5 В, 400 кГц, входы
То же	11 мкА тип., до 30 мкА	30 мкА тип., до 75 мкА	3,6 В
Покой, входы в единице	2,5 мкА тип., до 3,5 мкА	2,5 мкА тип., до 3,5 мкА	5,5 В, без тактов
Покой, входы в нуле	1,1 мА тип., до 1,5 мА	1,1 мА тип., до 1,5 мА	5,5 В, ток подтяжек
Порог сброса VPORR / VPORF	1,2 / 0,75 В тип.	1,2 / 0,75 В тип.	максимум 1,5 / 1 В
Частота I²C	до 400 кГц	до 400 кГц	Standard и Fast mode
Выход после SCL (tpv)	до 200 нс, до 300 нс при VCC < 2,3 В	до 200 нс	CL ≤ 100 пФ
Прерывание tiv и сброс tir	до 4 мкс	до 4 мкс	—

Предельные режимы (с. 5 обоих даташитов): VCC, входы и выходы — от −0,5 до 6 В; ток одного выхода — 50 мА в нуле и −50 мА в единице, через GND — до 250 мА, через VCC — до 160 мА; у TCA9555 предельная температура кристалла — +100 °C. В примечаниях к таблицам характеристик TI ограничивает нагрузку точнее: 25 мА на вывод, 100 мА на группу из восьми и 200 мА на корпус, а также 160 мА суммарного вытекающего тока (по 80 мА на группу). Наше прочтение: первые три предела относятся к току в нуле, последний — к току в единице; в самих таблицах примечания стоят наоборот (см. «Расхождения»). Тепловое сопротивление кристалл — среда: 108,8 °C/Вт у TSSOP-24, 92,9 у SSOP-24, 43,6 у WQFN-24 и 48,4 °C/Вт у VQFN-24; у PCA9555 ещё 105,4 у TVSOP-24 и 66,7 °C/Вт у SOIC-24.

Светодиоды на выводах

Выводы в нуле принимают ток, поэтому светодиод подключают анодом через резистор к питанию, катодом к выводу. Наш расчёт для красного светодиода с прямым напряжением около 2 В при VCC = 5 В и токе 8 мА: остаточное напряжение на выводе — до 0,5 В, резистор (5 − 2 − 0,5) / 0,008 ≈ 312 Ом, ближайший из ряда — 330 Ом. Шестнадцать таких светодиодов дают 128 мА — меньше предела 200 мА на корпус, а каждая группа из восьми — 8 · 8 = 64 мА при пределе 100 мА. Наш вывод: все восемь выводов группы можно нагрузить одновременно током до 100 / 8 = 12,5 мА; при большем токе одновременно светит меньше светодиодов.

Наш расчёт нагрева: 16 выводов по 10 мА при остаточном напряжении 0,7 В рассеивают 16 · 0,01 · 0,7 ≈ 0,11 Вт, перегрев в TSSOP-24 — 0,11 · 108,8 ≈ 12 °C. Для TCA9555 это важно: при +85 °C снаружи кристалл окажется около +97 °C, и допустимый ток вывода по рабочим условиям опустится до 11 мА.

Когда светодиод выключен, вывод становится входом или выходом единицы, а на нём остаётся напряжение около VCC − 1,2 В, если светодиод питается от того же VCC. Такой вход тратит лишний ток (у PCA9555 ΔICC — до 1,5 мА при одном входе на VCC − 0,6 В). TI предлагает два решения (разд. 10.2.2.2 SCPS200E): резистор 100 кОм параллельно светодиоду, который поднимает вывод до VCC, или питание светодиодов от напряжения, которое выше VCC минимум на 1,2 В.

Ошибка прерывания PCA9555

В даташите PCA9555 (разд. 8.4.1.1) описана ошибка: INT ошибочно снимается, если последний записанный командный байт — 0x00 (регистр Input Port 0) и другое устройство на шине подтверждает адрес с битом чтения. Тогда контроллер увидит, что прерывание сброшено, хотя он его не обработал. Обход, который предлагает TI: после чтения входов записать в расширитель другой командный байт, отличный от 0x00, до обращения к другим устройствам. Наш вывод: если на шине есть другие ведомые и INT используется, этот обход стоит включить в драйвер для обеих микросхем — TI называет его совместимым с другими версиями этого устройства, в том числе своими переработками.

TCA9555, PCA9555, MCP23017 и PCF8575

Параметр	TCA9555	PCA9555	MCP23017 (Microchip)	PCF8575
Питание	1,65–5,5 В	2,3–5,5 В	1,8–5,5 В	2,5–5,5 В
Частота I²C	до 400 кГц	до 400 кГц	до 1,7 МГц	до 400 кГц
Направление выводов	регистр	регистр	регистр	нет, квазидвунаправленные
Подтяжка	100 кОм, всегда	100 кОм, всегда	40–115 мкА при 5 В, включается битом	слабый источник тока 30–300 мкА
Ток вывода в нуле	до 25 мА	до 25 мА	до 25 мА (предел)	до 25 мА
Прерывание	один INT	один INT	INTA и INTB	один INT
Адреса	0x20–0x27	0x20–0x27	0x20–0x27	0x20–0x27

Наш вывод: TCA9555 и PCA9555 — самый простой путь к шестнадцати выводам с явным направлением: регистров восемь, драйвер умещается в несколько строк. MCP23017 гибче: подтяжки включаются по отдельности, есть прерывание по сравнению с заданным значением и шина до 1,7 МГц. PCF8575 обходится без регистров вовсе, но его выход в единице отдаёт лишь сотни микроампер. Если на шине нужно больше восьми расширителей с одинаковыми адресами, их разводят по каналам коммутатора TCA9548A.

Расхождения в документации

Примечания о токе выводов. В обоих даташитах примечание (2) о пределах 25, 100 и 200 мА стоит у строки VOH, а примечание (3) о суммарных 160 мА — у строки IOL. По смыслу (вытекающий ток в единице и втекающий в нуле) должно быть наоборот; на странице мы приводим наше прочтение.
Ток покоя на первой странице. В свойствах TCA9555 — «3,5 мкА максимум», PCA9555 — «1 мкА максимум», а в таблицах характеристик обоих покой при входах в единице — до 3,5 мкА, при входах в нуле — до 1,5 мА: ток идёт через внутренние подтяжки. Значения ICC 1 мкА в таблице PCA9555 нет: 1 мкА там — только входные токи (IIH порта P и II).
Вход без подтяжки. Разд. 9.5.1 SCPS200E и 8.3 SCPS131J говорят, что во входном режиме оба транзистора выключены и вход высокоимпедансный, но рис. 23 и описание микросхем показывают подтяжку 100 кОм к VCC; это отличие от TCA9535 и PCA9535 TI отмечает сама.
ΔICC без таблицы. Разд. 10.2.2.2 SCPS200E отсылает к параметру ΔICC в таблице электрических характеристик, но в ревизии C этот параметр из таблицы TCA9555 удалён и заменён графиком; у PCA9555 он остался (до 1,5 мА).
Название корпуса PW. В таблице корпусов на с. 1 SCPS131J корпус PW назван SSOP, в таблице выводов и тепловых характеристик — TSSOP.
Корпус DBQ. Первая страница SCPS131J и таблица тепловых характеристик перечисляют DBQ (QSOP-24), а в таблице заказа PCA9555DBQR помечен как снятый с производства; чертежа DBQ в даташите нет. Чертежа DW (SOIC-24) в текстовом слое даташита тоже нет, хотя корпус в производстве.
Таблица выводов PCA9555. В заголовке табл. 5-1 SCPS131J перечислены DB, DBQ, PW и DGV, но нет DW, хотя рисунок над таблицей относится и к нему.

Частые вопросы

Чем TCA9555 отличается от PCA9555?